Pilas y baterías, un mundo por descubrir

Publicado en: | 12 diciembre, 2017

Las pilas y baterías almacenan mucha energía y pueden ser pequeñas, pero lejos están de ser  dispositivos simples; son células electroquímicas altamente diseñadas, donde la energía química se convierte en energía eléctrica mediante una reacción redox.

La pila es un artefacto que convierte energía química en energía eléctrica, gracias a un proceso químico transitorio, tras lo cual cesa su actividad y han de reemplazarse sus elementos, puesto que sus características resultan alteradas durante el mismo. Todas las pilas tienen ciertas características en común: funcionan por un periodo de tiempo, necesitan recargarse y/o requieren un eventual reemplazo, en la medida que su capacidad de almacenamiento se pierde.

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En castellano se suele distinguir pila y batería, argumentando que la primera no es recargable y la segunda sí, denominándose también acumulador. Esta diferenciación es debatible ya que se dice que, tanto pila como batería, son términos provenientes de los primeros tiempos del estudio de la electricidad; cuando se juntaban varios elementos “apilados”, unos sobre otros; o bien, colocados uno al lado del otro, en “batería”, y que esa es la razón de dichos términos. Independientemente si esta hipótesis es cierta o no, en el inglés no se percibe diferencia, por lo que se usa battery, tanto para referirse a pilas, baterías o acumuladores. En este artículo utilizaremos el término batería y pila como sinónimos, sólo distinguiendo que, en ambos casos, existen versiones recargables y no recargables.

Grandes prestaciones

La pila o batería, tiene una gran ventaja sobre otras fuentes de alimentación, al estar disponibles para entregar su energía en muy corto tiempo, más bien de inmediato. La pila sellada funciona en cualquier posición y ofrece una buena tolerancia a golpes y vibraciones; pueden manejar con eficacia cargas pequeñas y grandes. La batería o pila funciona de una forma muy limpia y se mantiene bastante fresca, la mayoría de las celdas selladas no tienen ventilación, funcionan silenciosamente  y no vibran. Afortunadamente, las pilas nos proporcionan una fuente portátil de energía que hace posibles muchas comodidades para la vida moderna: teléfonos móviles, relojes, radios, cámaras de foto, flashes, computadoras, controles remoto y un sin fin de artefactos.

¿Cómo funciona?

La corriente eléctrica en forma de electrones comienza a fluir en el circuito; por ejemplo, cuando se enciende un foco, el material del ánodo (el zinc), cede dos electrones por átomo, en un proceso llamado oxidación; dejando atrás iones inestables de zinc. Después de que los electrones hacen su trabajo (alimentando el foco), reingresan a la celda en el cátodo; donde se combinan con el material activo (el dióxido de manganeso), en un proceso llamado reducción. Los procesos combinados de oxidación y reducción no podrían ocurrir en una celda de energía, sin poder llevar los electrones de regreso al ánodo, equilibrando el flujo externo de corriente. Este proceso se lleva a cabo mediante el movimiento de iones de hidróxido, cargados negativamente y presentes en la solución acuosa llamada electrolito.

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Un poco de historia

El físico italiano Alessandro Volta descubrió por primera vez este proceso en 1799, cuando creó una batería simple de placas de metal y papel empapado en salmuera. Desde entonces, los científicos han mejorado enormemente el diseño original de Volta, para crear baterías hechas de una variedad de materiales que se ofrecen en una diversidad de tamaños. En la década de 1860, el francés George Leclanché desarrolló lo que sería el precursor de la primera batería del mundo, ampliamente utilizada: la celda de carbono de zinc. Leclanché proyectó la primera pila eléctrica que se fabricó en serie, en la que se utilizaba manganeso, su invento fue premiado en la Exposición Universal de París de 1867, utilizada entonces por los telégrafos belgas y por los ferrocarriles holandeses.

El ánodo era una varilla de zinc y aleación de mercurio, mientras que el cátodo era una taza porosa de dióxido de manganeso triturado y algo de carbono. En la mezcla se insertó una varilla de carbón, para actuar como el colector de corriente. Tanto el ánodo como la copa del cátodo, se sumergieron en una solución líquida de cloruro de amonio, que actuaba como el electrolito. Al sistema se le denomino como “célula húmeda”.  Aunque la celda de Leclanché era resistente y económica, eventualmente fue reemplazada por la “celda seca”, mejorada en la década de 1880. El ánodo se convirtió en la lata de zinc que contiene la célula, y el electrolito se convirtió en una pasta, en lugar de un líquido; básicamente, la celda de carbono de zinc que se conoce hoy en día.

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Importancia del reciclaje

Tirar las pilas, revueltas con el resto de la basura inorgánica del hogar es un serio problema en nuestro país, pues, para funcionar, las pilas contienen sustancias de elevada toxicidad que vulneran la salud de la población en general. Y es que una vez que la envoltura metálica que recubre las pilas es dañada, las sustancias químicas contenidas se liberan al medio ambiente, causando contaminación. Con mayor o menor grado, las sustancias pueden alcanzar los causes de agua, ya sea directamente hacia las aguas superficiales o a través de filtración en el terreno. Para desechar pilas, lo más recomendable es llevarlas a un centro de acopio especial para su reciclaje. El reciclaje de las pilas consiste en la recuperación de los metales en ellas contenidos, para su reincorporación al mercado como materias primas. Hasta el 75 % de los componentes de las pilas y baterías son reutilizables.

Las pilas de baja calidad y dudosa procedencia, generalmente muy baratas y ampliamente disponibles, no cumplen con la normatividad y los estándares de calidad; contaminan más que otras, debido a que su tiempo de duración es muy corto, por lo que se desechan rápidamente. Se calcula que en un año se consumen más de 300 millones de pilas de origen ilegal, lo cual podría dar una dimensión de la cantidad de materiales tóxicos que producen.

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 Recomendaciones generales

Se recomienda guardar las baterías a temperatura ambiente, tanto el calor o el frío extremos reducen el rendimiento de las baterías. Se debe evitar colocar dispositivos que funcionan con batería en lugares muy cálidos. Además, la refrigeración no es necesaria ni recomendable. Sólo las baterías que están específicamente etiquetadas como “recargables” deben recargarse, cualquier intento de recargar una batería no recargable, podría provocar una rotura o fuga. No mezcle pilas viejas y nuevas, hacerlo reducirá el rendimiento general y puede provocar fugas o roturas de la batería. Es recomendable reemplazar todas las baterías dentro de un dispositivo al mismo tiempo, ya que una batería parcialmente usada; consumirá energía de una nueva, reduciendo la cantidad total de energía de la batería disponible.

No hay una batería perfecta y cada modelo está diseñado para un uso determinado. Por ejemplo, las baterías comunes de uso comercial están diseñadas para brindar un largo tiempo de ejecución, son de tamaño pequeño y bajo costo, aunque la longevidad es menos importante en este caso. Por su parte, las baterías industriales pueden tener altas capacidades de carga y confiabilidad mejorada, pero el paquete se vuelve más voluminoso y de costos más altos. Seguiremos conociendo la línea de pilas y baterías más comunes en el mercado mexicano y disponibles en el canal ferretero, te invitamos a no perderte las siguientes entregas.

Adquiere la edición No.68 o la puedes leer de forma digital aqui.

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